高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制方案研究

馮小芳

FENG Xiaofang

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081)

(Institute of Computing Science， China Academy of Railway Sciences Corporation Limited， Beijing 100081， China)

高速鐵路客流的迅速增長和出行需求的網(wǎng)絡(luò)時空復(fù)雜性給運輸生產(chǎn)組織帶來了更大的挑戰(zhàn)，使得高速鐵路綜合運輸計劃的編制變得更為重要[1]。目前我國高速鐵路運輸計劃主要包括列車運行計劃(運行圖)、動車組運用計劃、客運乘務(wù)計劃、車站作業(yè)計劃等，各類運輸計劃分散在計劃調(diào)、列調(diào)、動車調(diào)、供電調(diào)、施工維修、高速鐵路司機調(diào)等不同系統(tǒng)之間進行編制，存在人工作業(yè)量大且缺乏數(shù)據(jù)融合和安全卡控手段等問題[2]。為充分發(fā)揮綜合運輸計劃編制在整個運輸生產(chǎn)過程中的牽引作用，實現(xiàn)旅客智能出行、鐵路智能運輸，在鐵路智能運輸調(diào)度研究的基礎(chǔ)上，提出高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制方案，以全面提升安全生產(chǎn)、運營管理、客運服務(wù)的現(xiàn)代化水平。

1 高速鐵路綜合運輸計劃編制業(yè)務(wù)分析

高速鐵路綜合運輸計劃主要包括列車運行計劃(運行圖)、動車組運用計劃、乘務(wù)員運用計劃、車站作業(yè)計劃等，各個計劃既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)，并通過相互配合、相互協(xié)調(diào)共同完成列車運行組織任務(wù)[3]。高速鐵路綜合運輸計劃編制是將分散在各個專業(yè)編制的包括列車開行、車輛運用、動車交路、乘務(wù)等運輸計劃進行共同綜合編制，各專業(yè)協(xié)同管理。

1.1 高速鐵路綜合運輸計劃編制業(yè)務(wù)范圍

高速鐵路綜合運輸計劃編制包含列車運行圖編制、列車開行方案編制、日班計劃編制、計劃兌現(xiàn)反饋與趨勢分析等階段，高速鐵路綜合運輸計劃編制業(yè)務(wù)范圍如圖1 所示。

（1）列車運行圖編制：結(jié)合線路能力、運輸需求和經(jīng)營能力，編制基本鐵路列車運行圖，規(guī)定各車次列車在每個車站的到達和出發(fā)(或通過)時刻及在區(qū)間的運行時間和列車在車站的停站時間及機車交路、列車重量和長度等，編制日常圖、高峰圖、周末圖等運行圖，形成基本運輸計劃?；具\輸計劃主要包含基本列車運行計劃、基本編組計劃、基本機車交路計劃、基本三乘計劃等。

（2）列車開行方案編制：在基本運輸計劃的基礎(chǔ)上，通過客票銷售信息、客流分析、客流預(yù)測等渠道，獲取動態(tài)需求，確定列車開行方案。包含列車運行區(qū)段調(diào)整、列車加開停運、車底運用、車輛檢修等相關(guān)方案的制定。

（3）日班計劃編制：包含列車開行日計劃、車底交路日計劃、車底運用日計劃、施工維修日計劃、三乘計劃等相關(guān)編制和動態(tài)調(diào)整，還包含次日綜合運輸計劃編制落成和發(fā)布。

（4）作業(yè)計劃編制：基于客運日班計劃，結(jié)合站場設(shè)備設(shè)施狀態(tài)，編制站段生產(chǎn)作業(yè)計劃，包括列車到發(fā)計劃、上水吸污計劃、乘務(wù)作業(yè)計劃、動車作業(yè)計劃等。

（5）計劃兌現(xiàn)反饋及趨勢分析：收集站段作業(yè)計劃的執(zhí)行實際和執(zhí)行狀態(tài)反饋，進行計劃兌現(xiàn)反饋和運輸效率效益趨勢分析，反饋到列車運行圖編制環(huán)節(jié)，分析列車運行圖編制的合理性和精益性，從而提高列車運行圖編制水平。

圖1 高速鐵路綜合運輸計劃編制業(yè)務(wù)范圍Fig.1 Business scope of high-speed railway comprehensive transportation plan preparation

1.2 高速鐵路綜合運輸計劃編制業(yè)務(wù)流程

高速鐵路綜合運輸計劃編制縱向包含中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)、鐵路局集團公司、站段(基地所)等3 級，橫向涉及鐵路局集團公司之間數(shù)據(jù)交換，高速鐵路綜合運輸計劃業(yè)務(wù)流程如圖2 所示。

（1）基本運輸計劃編制。目前采用基于區(qū)域協(xié)同的高速鐵路列車運行圖編制思路，將整個高速鐵路網(wǎng)劃分成若干個區(qū)域子網(wǎng)，在子網(wǎng)內(nèi)以繁忙干線為基礎(chǔ)，以旅客滿意度最高、能力利用最優(yōu)為目標來編制滿能力列車運行圖[4-5]。列車運行圖編制基于各區(qū)域的路網(wǎng)能力和客流情況，對整個高速鐵路網(wǎng)進行短途列車運行線鏈接變?yōu)殚L途運行線。編制基本運輸計劃，包括基本列車運行計劃、基本動車組交路計劃、基本車輛分配計劃和基本乘務(wù)計劃等。列車運行圖編制完成后，發(fā)布基本運輸計劃，實現(xiàn)基本運輸計劃與綜合調(diào)度系統(tǒng)及其他客運相關(guān)的系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)共享。

（2）運輸綜合計劃編制。綜合計劃編制以列車運行計劃為基礎(chǔ)，結(jié)合基本動車組交路計劃和施工維修計劃等，形成圖定列車開行計劃，并協(xié)同安排車底運用計劃和確認三乘計劃信息，編制圖定列車開行計劃。根據(jù)臨客申請，編制臨客開行計劃。調(diào)度部門根據(jù)圖定列車和臨客列車開行計劃，編制客運工作計劃，并關(guān)聯(lián)站段的上水、吸污計劃，形成站段作業(yè)計劃，同時發(fā)布給各相關(guān)站段，轉(zhuǎn)發(fā)至站段、動車所及車間。

（3）開行方案調(diào)整?？瓦\部門根據(jù)客運售票分析、客流預(yù)測分析等掌握旅客運輸需求，提出客運加開停運調(diào)整申請，并與車輛部門進行車底交路確認，確認審批后生成客運開行調(diào)整方案。涉及跨局列車的開行調(diào)整方案需提交國鐵集團公司申請批準[6]。國鐵集團公司批準反饋調(diào)度命令后，自動生成臨客開行方案并發(fā)布給相關(guān)單位。

（4）車底編組管理。以基本動車組車底交路計劃為基礎(chǔ)，實時關(guān)聯(lián)動車組狀態(tài)信息、修程修志信息，結(jié)合動車組檢修計劃，對動車組交路變更申請進行定員、車型等相關(guān)參數(shù)的安全卡控，提出合理的車底變更申請，提交相關(guān)部門進行審批變更，落成車底變更命令的同時形成車底運用計劃，并關(guān)聯(lián)到運輸綜合計劃編制，發(fā)布給相關(guān)的部門和站段。

（5）動態(tài)調(diào)整計劃。次日綜合計劃下達完成后，針對臨時的列車開行、車型編組、交路、值乘調(diào)整等，進行動態(tài)調(diào)整計劃編制，并將動態(tài)調(diào)整計劃下達給相關(guān)的單位和部門。

圖2 高速鐵路綜合運輸計劃業(yè)務(wù)流程圖Fig.2 Business flow of high-speed railway comprehensive transportation plan

2 高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制方案

高速鐵路綜合運輸計劃編制是指基于對運輸需求、設(shè)施設(shè)備狀態(tài)、所處環(huán)境狀態(tài)、生產(chǎn)動態(tài)的實時自動獲取，實現(xiàn)客運列車運行計劃、動車組運用計劃、乘務(wù)計劃和車站作業(yè)計劃的一體化編制，計劃的自動下達，執(zhí)行過程的動態(tài)監(jiān)控，以及生產(chǎn)效率和運輸效益的自動評價，包括基本圖、開行方案、開行計劃、站段作業(yè)計劃編制等客運生產(chǎn)全過程，還包含了動態(tài)調(diào)整、計劃執(zhí)行與趨勢分析等一體化閉環(huán)管理編制。綜合主要表現(xiàn)在各專業(yè)協(xié)同和融合的情況下，貫穿需求獲取到計劃執(zhí)行的運輸生產(chǎn)全過程的管理，提出高鐵綜合運輸計劃橫向各個專業(yè)、縱向各個環(huán)節(jié)協(xié)同編制的方案。

2.1 構(gòu)建高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺

通過構(gòu)建高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺，實現(xiàn)運輸計劃閉環(huán)、專業(yè)作業(yè)協(xié)同、生產(chǎn)信息互融，確保相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)有效協(xié)作、計劃流程貫通。綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺分為統(tǒng)一資源描述、信息動態(tài)采集、業(yè)務(wù)流程卡控、綜合監(jiān)控沖突檢測等4 個層級，高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺總體結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺總體結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Overall structure of collaborative management platform for high-speed railway comprehensive transportation plan

（1）統(tǒng)一資源描述。該層由鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供基礎(chǔ)支撐，主數(shù)據(jù)類信息主要包括提供固定設(shè)施、移動設(shè)備、物資設(shè)備、運輸產(chǎn)品、人員機構(gòu)等，運輸專業(yè)信息提供動態(tài)采集車底運用、車型編組等數(shù)據(jù)，還包括采集視頻、音頻、天氣、安全報警等相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)。統(tǒng)一資源描述層根據(jù)各相關(guān)業(yè)自身的業(yè)務(wù)需求劃分專業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用，包括調(diào)度數(shù)據(jù)應(yīng)用、客運數(shù)據(jù)應(yīng)用、動車數(shù)據(jù)應(yīng)用、工電供數(shù)據(jù)應(yīng)用等，為數(shù)據(jù)共享和融合提供基礎(chǔ)支撐。

（2）信息動態(tài)采集。該層根據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域化分為調(diào)度計劃域、基本能力規(guī)劃域、客運營銷開行決策域、施工維修域、車站值乘域、動車組管理域、綜合視頻監(jiān)控域等，各相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的業(yè)務(wù)處理在各自的業(yè)務(wù)處理域內(nèi)完成。相關(guān)業(yè)務(wù)域之間的運輸生產(chǎn)信息通過構(gòu)建運輸生產(chǎn)信息庫進行實時動態(tài)傳遞，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)域之間的數(shù)據(jù)共享交換。

（3）業(yè)務(wù)流程卡控。該層包含業(yè)務(wù)規(guī)則定義、業(yè)務(wù)流程管理定制、協(xié)同消息定制、沖突校驗定義及安全檢查等。業(yè)務(wù)流程定義和管理為綜合計劃協(xié)同編制提供流程引擎和沖突規(guī)則處理，為業(yè)務(wù)流程協(xié)同提供技術(shù)支撐。

（4）綜合監(jiān)控沖突檢測。該層包含運輸計劃綜合展示、沖突提醒沖突推送、運輸指標統(tǒng)計分析、運輸綜合監(jiān)督、重點揭示管理、評價考核等，實現(xiàn)運輸計劃協(xié)同編制過程中的全面盯控和綜合展示及動態(tài)考核評價。運輸計劃協(xié)同管理平臺在統(tǒng)一資源描述和信息動態(tài)采集之上，通過流程卡控實現(xiàn)一體化平臺協(xié)同管理和編制，通過與各業(yè)務(wù)領(lǐng)域系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的互控與信息交互，實現(xiàn)統(tǒng)一運輸計劃、運輸資源實時發(fā)布，實現(xiàn)運輸作業(yè)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。

2.2 高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制

基于構(gòu)建的綜合運輸計劃協(xié)同管理平臺，將列車運行圖編制系統(tǒng)、智能綜合調(diào)度系統(tǒng)、客票客營管理平臺、綜合維修管理系統(tǒng)、機務(wù)管理系統(tǒng)、客運站段生產(chǎn)管控與旅客服務(wù)平臺、動車組管理系統(tǒng)等各系統(tǒng)及平臺協(xié)同管理，實現(xiàn)高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制。綜合運輸計劃編制以列車開行計劃為核心，統(tǒng)領(lǐng)施工維修計劃、動車交路計劃、車底運用計劃、站段作業(yè)計劃、三乘計劃，覆蓋運輸生產(chǎn)全過程形成有機整體，形成高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制圖如圖4 所示。

圖4 高速鐵路綜合運輸計劃協(xié)同編制圖Fig.4 Collaborative preparation flow of high-speed railway comprehensive transportation plan

（1）編制列車開行計劃。以列車運行基本計劃為核心，形成圖定列車運行計劃，包括列車車次、運行軌跡、經(jīng)由客運站、時刻表和基本車型定員等要素。列車開行計劃協(xié)同編制主要針對臨客停運、加開等場景，涉及國鐵集團、鐵路局、站段三級協(xié)同過程，在圖定列車開行計劃編制的基礎(chǔ)上，各部門協(xié)同編制臨客加開、停運和調(diào)整計劃，進而形成完整的列車開行計劃。

（2）編制動車交路計劃。主要形成同一車底各運行車次的接續(xù)關(guān)系，擔當交路的車底信息。結(jié)合基本交路信息和列車開行計劃，設(shè)置列車開行規(guī)律和新舊交替啟用日期，自動生成動車交路計劃。動車交路計劃結(jié)合列車運行計劃中的動車運行軌跡、時刻表和客運營業(yè)站等信息并自動綁定列車運行線數(shù)據(jù)。通過導(dǎo)入和維護提前下達調(diào)度命令或下發(fā)的文電，形成臨時加開或停運的動車交路計劃。

（3）編制車底運用計劃。根據(jù)列車開行計劃和動車交路計劃，推導(dǎo)編制車底運用計劃，包含車底、車型定員等，與動車組運用狀態(tài)進行校核，如需變更則提出變更申請，按照變更申請流程，編制車底變更命令，最后形成車底變更計劃納入統(tǒng)一的車底運用計劃管理，并在交路計劃的基礎(chǔ)上完成車型、車號的綁定。結(jié)合不同的路網(wǎng)能力、客流需求、動車組類型等條件構(gòu)建模型，對列車開行和動車組運用兩者進行同步優(yōu)化，對于提高運輸能力、節(jié)約動車組運用具有重要實用價值[7]。

（4）編制三乘計劃。三乘計劃包含隨車列車長、司機和機械師值乘計劃，三乘計劃編制是以乘務(wù)交路為基礎(chǔ)，以值乘的高速列車運行區(qū)段及其到發(fā)點為依據(jù)，在滿足乘務(wù)規(guī)章規(guī)定的各項作息時間標準的條件下，確定每天需值乘的交路方案和月度乘務(wù)排班計劃，并滿足交路數(shù)最少、交路接續(xù)最緊湊、動車組司機間休時間較均衡3 個目標[8]。三乘計劃的編制可由動車段、動車所、機務(wù)段、客運段等相關(guān)崗位在收到下達列車開行計劃后根據(jù)乘務(wù)交路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、司機、機械師、列車長等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別安排和分配對應(yīng)的乘務(wù)信息，計劃調(diào)度確認后為列車運行線綁定三乘信息，相關(guān)部門可實時掌握三乘信息。

（5）編制站段作業(yè)計劃。站段作業(yè)計劃主要包括為列車分配到發(fā)線，安排進出站以及車底調(diào)轉(zhuǎn)進路等。根據(jù)列車開行計劃、列車到達、出發(fā)班計劃和階段計劃并結(jié)合調(diào)度命令，圍繞按要求準點開車的目標，分階段編制本站的到達計劃、作業(yè)計劃、出發(fā)計劃，安排全站的到發(fā)線運用、調(diào)機運用和機車運用，指揮全站按計劃完成生產(chǎn)任務(wù)，并將站段作業(yè)計劃綁定到列車運行線上。一個車站的作業(yè)計劃安排是否合理不僅影響本站的設(shè)施利用和客運服務(wù)質(zhì)量，還可通過列車的傳導(dǎo)作用在路網(wǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生影響[9]。

（6）編制施工維修計劃。綜合計劃協(xié)同編制即實現(xiàn)計劃編制一體化，自動平衡施工與運輸?shù)拿?，實現(xiàn)施工維修月、日計劃、周計劃的編制審批管理。自動進行施工日計劃與列車運行計劃的沖突檢查并進行自動提醒，針對施工影響范圍、行車限制條件、限速影響等進行自動檢測、關(guān)聯(lián)卡控。

2.3 高速鐵路綜合運輸計劃閉環(huán)管理

高速鐵路綜合運輸計劃閉環(huán)管理分為計劃編制、運輸作業(yè)執(zhí)行、計劃動態(tài)調(diào)整3 部分，涵蓋運輸計劃的編制、執(zhí)行和調(diào)整環(huán)節(jié)，實現(xiàn)運輸計劃閉環(huán)、計劃作業(yè)協(xié)同、作業(yè)實績反饋等應(yīng)用效果，高速鐵路綜合運輸計劃閉環(huán)管理如圖5 所示。

圖5 高速鐵路綜合運輸計劃閉環(huán)管理Fig.5 Close-loop management of high-speed railway comprehensive transportation plan

（1）計劃編制?；诟鲗I(yè)信息互融，所有維修、機務(wù)、客運、車站作業(yè)工作都圍繞著列車開行計劃開展。通過平臺可以獲取運輸需求信息，進而決策列車開行方案及加開停運申請，各業(yè)務(wù)依托于平臺協(xié)同確認開行的列車運行時刻、列車車底分配和司機乘務(wù)分配等，最后審批落成綜合運輸計劃，并發(fā)布給各相關(guān)單位。

（2）運輸作業(yè)執(zhí)行。計劃下達后，監(jiān)督列車開行實際，并跟蹤列車運行軌跡，做出列車運行正晚點預(yù)測預(yù)警。同時監(jiān)督各個站段作業(yè)計劃的執(zhí)行進度、預(yù)計完成時間等，與綜合計劃進行比對，主動感知列車運行異常狀態(tài)。通過對客運列車動態(tài)定位、客運列車故障感知、列車運行狀態(tài)監(jiān)測、應(yīng)急預(yù)警模型設(shè)計構(gòu)建客運應(yīng)急監(jiān)測預(yù)警[10]，為計劃動態(tài)調(diào)整提供支撐。

（3）計劃動態(tài)調(diào)整。針對高速鐵路列車運行調(diào)整復(fù)雜性高的特點，采用貪婪算法，建立列車到發(fā)時刻與進路同步優(yōu)化的高速鐵路列車運行調(diào)整模型等進行實時列車計劃調(diào)整[11]。例如，遇應(yīng)急情況或臨時停運加開、車底運用變更請求時，各部門協(xié)同處置生成變更調(diào)度命令，同時落成動態(tài)調(diào)整計劃。計劃調(diào)整同時，所有工作都同步調(diào)整。

3 結(jié)束語

高速鐵路運輸綜合計劃協(xié)同編制方案研究是高速鐵路運輸調(diào)度指揮水平提升的關(guān)鍵，通過借鑒平臺化服務(wù)理念，構(gòu)建運輸綜合計劃協(xié)同編制平臺，縱向?qū)崿F(xiàn)國鐵集團公司、鐵路局集團公司、站段與基地(段所)的信息資源優(yōu)勢互補、流程貫通，橫向?qū)崿F(xiàn)各專業(yè)協(xié)同聯(lián)動，做到計劃編制、執(zhí)行和動態(tài)調(diào)整一體化全過程管理，以更好實現(xiàn)鐵路智能運輸、旅客智能出行，為全面提升安全生產(chǎn)、運營管理、客運服務(wù)的現(xiàn)代化水平提供技術(shù)支撐，并為探索中國高速鐵路智能綜合調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)總體方案提供理論依據(jù)。